ns-ICCD-Fotografie

 

Prinzip

Für die Optimierung der laserinduzierten Materialbearbeitung ist ein Verständnis des kompletten Abtragprozesses notwendig. Typischerweise beginnt der Abtrag von Materialdampf, Schmelze und Partikeln auf einer Zeitskala von einigen hundert Pikosekunden bis zu einigen hundert Nanosekunden nach der initialen Bestrahlung und kann über eine Dauer von mehreren Mikrosekunden stattfinden. Mithilfe von ICCD-Kameras (ICCD: intensified charged coupled device) können diese zeitlichen Regime untersucht werden. Die ICCD-Kameras können in der Regel Zeitauflösungen bis zu 200 ps durch das schnelle elektronische Schalten der Verstärkung eines Arrays von Photomultipliern erreichen. Durch einen internen Delaygenerator kann die ICCD-Kamera zu beliebigen Zeiten elektronisch getriggert werden und somit der Abtragprozess zu beliebigen Zeiten abgebildet werden.

 

Anwendungen

Zeitaufgelöste Schattenfotografie des Abtrags von Silizium mit einem ultrakurzen Laserpuls zu drei verschiedenen Zeitpunkten Urheberrecht: Lehrstuhl für Lasertechnik LLT Zeitaufgelöste Schattenfotografie des Abtrags von Silizium mit einem ultrakurzen Laserpuls zu drei verschiedenen Zeitpunkten

Mithilfe einer externen Beleuchtungsquelle wie beispielsweise eine Laserdiode kann der Abtragprozess mit der Methode der sogenannten Schattenfotografie untersucht werden. Dabei schirmen abgetragene Partikel die Beleuchtung ab und werden als Schatten auf der ICCD-Kamera sichtbar.

Abtrag von Silizium

Am LLT wurde der Abtrag von Silizium mit einem Femtosekundenpuls mit einer Pulsdauer von 80 fs und einer Fluenz von 20 J/cm² untersucht. Dabei kann auf einer Zeitskala bis einigen zehn Nanosekunden ein Plasma sowie ein expandierender Materialdampf identifiziert werden, der aus der bestrahlten Oberfläche herausgelöst wird. Nach einigen hundert Nanosekunden findet ein Abtrag von Materialdampf sowie großen Schmelztropfen statt, der über mehrere hunderte Nanosekunden lang anhält. Abgetragene Materialpartikel können bis zu einigen µs lang beobachtet werden.

Abtrag von Farbstoffen

Weiter wurde der Abtrag von Lösungen organischer Farbstoffe von einer bestrahlten Oberfläche mit einer Pulsdauer von 80 fs und einer Fluenz von 10 J/cm² untersucht. Dabei wird auf der Zeitskala bis etwa 600 ns der Abtrag eines Materialdampfes beobachtet und ab 600 ns das Abtragen eines zusammenhängenden Schmelzfilmes sowie weiteren Schmelztröpfchen beobachtet. Bis zu mehreren µs kann die Propagation des Schmelzfilms beobachtet werden.

  Zeitaufgelöste Schattenfotografie des Abtrags von organischen Farbstoffes mit einem ultrakurzen Laserpuls zu drei verschiedenen Zeitpunkten Urheberrecht: Lehrstuhl für Lasertechnik LLT Zeitaufgelöste Schattenfotografie des Abtrags von organischen Farbstoffes mit einem ultrakurzen Laserpuls zu drei verschiedenen Zeitpunkten